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泉州湾沉积物粒度和元素组成特征及其沉积环境意义

学校编码：10384 分类号密级

学号：22420061152325 UDC

硕士学位论文

泉州湾沉积物粒度和元素组成特征

及其沉积环境意义 Characteristics of Sediment Granularity， Element Geochemistry and Their Significance for Identifying

Sedimentary Dynamic Environment in the Quanzhou Estuary

林炳煌

指导教师姓名：雷怀彦教授

专业名称：海洋地质

论文提交日期：2009 年 6 月

论文答辩时间：2009 年 6 月

学位授予日期：2009 年月

答辩委员会主席：陈坚研究员

评阅人：宋之光研究员

付少英教授级高工

2009 年 6 月

厦门大学博硕士论文摘要库

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年月日


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声明人（签名）：

年月日



I

摘要

本论文依托台海横向课题《金门海岸防护对策暨渔村海岸复育可行性研究》，

通过对泉州湾底质调查所获沉积物样品进行系统的粒度和地球化学分析，阐述了

研究区沉积物粒度参数特征和元素分布特征，进而探讨了粒度参数及元素组合特

征所反映的现代沉积动力环境。

研究区内砂是最主要的沉积物类型。砂的频率直方图以推移组分为主，含量

在 95%以上；粉砂和粘土质粉砂以跃移组分为主，第二跃移组分大于第一跃移组；

砂质粉砂以跃移和悬浮组分为主，第一跃移组分大于第二跃移组分，频率直方图

表现为三峰。沉积物元素组成以 SiO2 和 Al2O3 含量为最高，两者之和占总化学

成分的 69.97%～85.59%不等，说明沉积物的化学成分以硅酸盐和铝硅酸盐为主。

口门内和口门外的大部分海域的沉积物粒径较粗，搬运方式以推移为主。口

门和大坠岛的西北海域的沉积物类型多样，悬浮搬运比重增加。以上两区物质来

源多为陆源碎屑，前者富集 SiO2、K2O、Nb、Zr，其余大部分元素含量较低后者

富集 Al2O3、Fe2O3、MgO、P、Mn、Ti、Pb、Zn、Cr、Co 等。各化学分区具有

独特的元素分布特征，与根据粒度划分的沉积动力环境分区具有较好的一致性。

依据沉积物粒度特征将研究区划分为 3 个沉积环境亚类：Ⅰ类沉积区，沉积

物主要为砂质，指示了强水动力条件下的高能环境；Ⅱ类沉积区，沉积物主要是

粘土质粉砂，指示了潮流为主的水动力条件；Ⅲ类沉积区，沉积物主要是砂质粉

砂，指示了复杂的水动力条件。

研究区元素的 R 型因子分析表明，泉州湾沉积物主要来自陆源碎屑矿物，

而沉积水动力对陆源碎屑的输运、分选和改造作用则是导致研究区沉积物粒度和

元素地球化学组成空间分异性的主导因素，另外人为改造也在一定程度上影响着

底质沉积物元素地球化学的分异性。

关键词：沉积环境；粒度特征；元素地球化学



II

ABSTRACT

Sedimentary environment in the estuary is a key problem of modern

sedimentation research. This paper relies on the horizontal subject with Taiwan, which

named FEASIBILITY STUDY OF COASTAL PROTECTION AND

RESTORATION IN QUEMOY （JIN-MEN）. By analyzing the granularity and

geochemical characteristics of the investigated sediment, which are derived from

contiguous sea regions of Quanzhou estuary, we depicted Granularity parameters and

distribution characteristics, and made further studies on the transportation action of

the sediments, enrichment rules of elements, and elements distribution controlling

factors. Then the modern depositional dynamic environment has been discussed in

this paper on the basis of the granularity parameters and the elements combination

characteristics.

Sand is the major sediment type in study area. Histogram to the frequency of

sand over the main component, the content in more than 95%; clayey silt and silty

sand saltation separation of components from different linear sections, the second

component is greater than saltation saltation the first group; Sandy silt to saltation and

suspension components in the first than the second component saltation saltation

component, frequency histogram sambong performance. Elements in the sediment

SiO2 and Al2O3 content in the highest, the total chemical composition of the total of

69.97% ~ 85.59% range on the chemical composition of sediments in the main

silicate and aluminum silicate.

Inside and outside of estuary the most mouth waters coarse sediment particle size,

handling time-based approach to. Entrance doors and falling waters of the island's

north-west of sediment types, including clayey silt, sandy silt and a small portion of

the sand, silty sand, increase the proportion of suspended transport. Source material

for more than two regions for land-based sources of debris, the former enriched SiO2,



III

K2O, Nb, Zr, most of the remaining elements of the latter low-enriched Al2O3, Fe2O3,

MgO, P, Mn, Ti, Pb, Zn, Cr, Co, Ni, V. Each chemical element has a unique

geographical distribution, divided in accordance with the deposition of particle

dynamic environment with a better consistency Division.

The modern sedimentary environment in Quanzhou Estuary can be classified

into three types based on the characteristics of sediments granularity. Ⅰtype of

sedimentary cover all areas of sandy, silty sand deposition areas, are under strong

hydrodynamic conditions of the high-energy environment; Ⅱtype deposits sediment

type is clayey silt, the complexity of the hydrodynamic condition is relatively sTablele

but moderate; Ⅲ type deposition mere value of the cumulative probability map from

the four sections of a straight line, double jump may be associated with the emergence

of waves and the scouring effect of the return, on behalf of a strong role in the

election of Britain waves, normally found in beach sand.

The result of element analysis by R-factor of study area shows that sediments of

Quanzhou estuary most likely come from terrigenous clastic.The dominant factors

which make the difference of the granularity and geochemical characteristics and its

spatial distribution are transportation, sorting and transformation effect by

hydrodynamic. In addition, man-made alteration is a certain extent of geochemical

spatial distribution.

Keywords: Sedimentary environment ； granularity characteristics ； element

geochemistry



IV

目录

摘要 ..................................................................................................................................... I

ABSTRACT............................................................................................................................. II

第一章绪论 ............................................................................................................................1

第一节研究目的和意义 ...................................................................................1 第二节研究现状 ...............................................................................................2 第三节本文研究内容 .......................................................................................4

第二章研究区概况 ............................................................................................................6

第一节地理位置 ...............................................................................................6 第二节地形地貌特征 .......................................................................................7 第三节区域地质背景 .......................................................................................8 第四节气候水文状况 .......................................................................................9

1.气候条件....................................................................................................................9 2.潮汐 ...........................................................................................................................10 3.潮流 ...........................................................................................................................10 4.余流 ...........................................................................................................................10 5.波浪 ...........................................................................................................................11 6.径流 ...........................................................................................................................11 7.沿岸流 ......................................................................................................................12 8.台湾海峡暖流.........................................................................................................12

第三章研究材料与分析方法.....................................................................................14

第一节研究材料 .............................................................................................14 第二节分析方法 .............................................................................................15

1.粒度分析..................................................................................................................15 2.元素地球化学分析................................................................................................17 3.粒度参数分析.........................................................................................................17 4.因子分析..................................................................................................................18 5.聚类分析..................................................................................................................19

第四章表层沉积物粒度特征及沉积类型……………………………………...21

第一节粒度组成及分布 .................................................................................21 1.砂粒级百分含量分布 ...........................................................................................21 2.粉砂粒级百分含量分布.......................................................................................22 3.粘土粒级百分含量分布.......................................................................................23

第二节沉积物类型及特征 .............................................................................23 1.粉砂质砂（TS） ....................................................................................................24



V

2.砂（S） ....................................................................................................................25 3.砂质粉砂（ST） ....................................................................................................28 4.粘土质粉砂（YT）................................................................................................29 5.砂粉砂粘土（STY） .............................................................................................29

第三节粒度参数特征……………………………………………………….30 1.平均粒径 Mz ............................................................................................................30 2.标准偏差σI ...........................................................................................................30 3.偏度 Sk ......................................................................................................................31 4.峰度 KG ......................................................................................................................31

第四节小结 .....................................................................................................32

第五章表层沉积物元素地球化学特征及分布规律…………………….....35

第一节常、微量元素含量分布特征 .............................................................35 1.常量元素含量分布................................................................................................35 2.微量元素分布特征................................................................................................39

第二节元素的相关性及其地质意义 .............................................................42 第三节富集因子 .............................................................................................45 第四节元素的粒度效应 .................................................................................46 第五节元素与 Al2O3比值及其地质意义 .......................................................48 第六节小结 .....................................................................................................49

第六章粒度和元素地球化学特征对沉积动力环境的指示…………….51

第一节沉积物粒度特征的环境指示作用.....................................................51 1.思路方法..................................................................................................................51 2.分区结果..................................................................................................................51 3.粒度散点图及其环境指示意义 .........................................................................56

第二节元素地球化学特征的环境指示作用.................................................57 1.元素的地球化学分区 ...........................................................................................57 2.元素组合及其地质意义.......................................................................................59

第三节小结……………………………………………………………….....63

第七章结论 ..........................................................................................................................65

参考文献 ...................................................................................................................................67

硕士期间参加的科研课题和已发表的论文………………………………….....71

致谢………………………………………………………………………………………..….....72



VI

CONTENTS

Abstract in Chinese ........................................................................................................................... I Abstract in English........................................................................................................................... II Chapter 1 Introduction...................................................................................................................1

Section 1 Research Purpose and Significance.......................................................1 Section 2 Research Status......................................................................................2 Section 3 Study Contents.......................................................................................4

Chapter 2 Overview of the Study Area ..........................................................................................6 Section 1 Location.................................................................................................6 Section 2 Topography Features .............................................................................7 Section 3 Regional Geological Background .........................................................8 Section 4 Climate and Hydrological Conditions...................................................9

1. Climatic Conditions ......................................................................................................9 2. Tide ...............................................................................................................................9 3. Tidal Current ...............................................................................................................10 4. Residual Current .........................................................................................................10 5. Waves ..........................................................................................................................10 6. Runoff .........................................................................................................................10 7. Coastal Current ...........................................................................................................11 8. Taiwan Strait Warm Current........................................................................................12

Chapter 3 Research Materials and Analysis Method ...................................................................13 Section 1 Research Materials ..............................................................................13 Section 2 Analysis Method..................................................................................15

1. Grainsize Analysis.......................................................................................................15 2. Elemental Geochemical Analysis................................................................................16 3. Grainsize Parameters Analysis ....................................................................................16 4. Factor Analysis............................................................................................................17 5. Cluster Analysis ..........................................................................................................18

Chapter 4 Characteristics of Grainsize and Types of Surface Sediments ....................................20 Section 1 Granularity Composition and Distribution..........................................21

1. Distribution of Sand Partical .......................................................................................21 2. Distribution of Silt Partical .........................................................................................22 3. Distribution of Clay Partical .......................................................................................23

Section 2 Types and Characteristics of Surface Sediments.................................23 1. TS................................................................................................................................24 2. S ..................................................................................................................................25 3. ST................................................................................................................................28 4. YT ...............................................................................................................................28 5. STY.............................................................................................................................28

Section 3 Characteristics of Grainsize Parameters..............................................29



VII

1. Mz ...............................................................................................................................29 2. σI..................................................................................................................................30 3. Sk .................................................................................................................................31 4. KG................................................................................................................................31

Section 4 Summarize Briefly ..............................................................................32 Chapter 5 Characteristics and Distribution of Element Geochemistry in Surface Sediments …. 34

Section 1 Distribution of Major and Trace element ............................................34 1. Distribution of Major Element ....................................................................................34 2. Distribution of Trace Element .....................................................................................37

Section 2 Elemental Correlation..........................................................................41 Section 3 Enrichment Factor ...............................................................................44 Section 4 Grainsize Effects of Element...............................................................45 Section 5 Ratio of Element to Al2O3 ...................................................................47 Section 6 Summarize Briefly ..............................................................................49

Chapter 6 Indicative Function of Sedimentary Dynamic Environment by Granularity and Element Geochemistry....................................................................................................................51

Section 1 Indicative Function of Sedimentary Dynamic Environment by Granularity ............................................................................................................51

1.Thought and Method....................................................................................................51 2.Results of Devision ......................................................................................................51 3.Scatter Diagram of Grainsize Parameters and Indicative Function of Sedimentary Dynamic Environment ....................................................................................................56

Section 2 Indicative Function of Sedimentary Dynamic Environment by Element Geochemistry ........................................................................................................57

1.Devision by Geochemistry Method..............................................................................57 2.Facter Analysis and Influence Factors of Element Distribution...................................59

Section 3 Summarize Briefly ..............................................................................63 Chapter 7 Conclusion ..................................................................................................................65 Research activities and papers published………………………………………………………... ..71 References.......................................................................................................................................72



- 1 -

第一章绪论

第一节研究目的和意义

海洋沉积环境是指海洋沉积物的堆积环境，其特征取决于堆积环境中的水动

力条件及物理、化学与生物过程[1]。沉积环境通常分为大陆环境、海洋环境和海

陆混合环境三大类。河口湾是河流与海洋相互作用的地段，既有河流动力作用，

又有海洋动力作用；既有物理过程，又有咸淡水混合等化学过程。径流和潮流结

合形成的双向水流和波浪作用共同构造了十分复杂的水动力特征及其沉积环境，

深入研究河口湾沉积环境对于全面认识各类沉积环境特点以及相互之间的演变

过程具有重要意义，因此它越来越成为沉积学研究的重中之重[2-4]。

泉州湾地处福建省东南沿海，是闽南金三角的重要组成部分，与台湾岛隔海

相望。晋江和洛阳江两条河流每年都要携带大量泥沙进入泉州湾，淤积在河口及

航道，对当地的水动力环境及航运经济发展产生严重影响。该地区因流速减弱、

盐淡水交汇，导致江水中携带的泥沙及悬浮物质大量沉积，因此本区泥沙的输运、

沉积过程对厦门港口建设、航道畅通有重要影响。

沉积物的粒度组合特征主要受搬运介质、搬运方式、沉积环境等因素的控制，

因此成为反映沉积作用、沉积环境，特别是沉积动力条件最明显的标志之一。沉

积物元素地球化学特征体现了河口湾入海物质在各种水流和沉积条件下的“归

宿”及其分布规律。本文依托台海横向课题《金门海岸防护对策暨渔村海岸复育

可行性研究》，通过对泉州湾表层沉积物的粒度分析、元素分析来揭示沉积物的

粒度特征、元素地球化学特征及其空间分布规律，探讨影响沉积物粒度和元素特

征的控制因素，阐明在现代水动力作用下沉积物的搬运方式和泉州湾海域的现代

沉积环境，在泉州港航道疏浚、水利建设等方面具有重要的应用价值，对建设地

区经济、改善人民生活有积极意义。

第二节研究现状

现代沉积环境和沉积作用是人类认识自然的一把钥匙。沉积学家希望通过认



- 2 -

识沉积物的特征及其形成、变化过程来探讨搬运和沉积作用的规律性，尤其是环

境—作用—响应之间的互动关系，继而预测沉积作用的下一步变化。在海洋科学

的发展进程中，近岸海域现代沉积环境作为沉积学研究热点之一，一直受到国内

外学者的关注[5-10]。

沉积物的粒度特征是进行沉积环境分析的基础，每一沉积体系都可以看作是

沉积环境相关条件（包括水动力条件、物源供应、生物活动等）及沉积物组成（物

理和化学）等因素的复杂函数，各因素息息相关，具有良好的相关性。沉积物粒

度分布的空间和垂向变化至少可反映两种沉积过程：（1）不同粒度组分在不同搬

运动力作用下的物理混合、分选和重新分布；（2）同一粒度组分在输运过程中，

随着搬运距离和动力条件的变化而产生的选择性沉降[11-12]。用沉积物的粒度特征

反演沉积环境，前人已做了较多的尝试。九十年代以来，随着现代科学技术的迅

猛发展，新兴的激光粒度分析方法由于能够更细致地研究粒度曲线的微小变化而

被广泛运用[13]。同时，利用计算机进行“粒度趋势分析”探讨沉积场所的物质输

运和沉积过程也取得了很好的效果[14]。

河口和近岸带是海陆物质交换的主要场所，近岸沉积物处于物理、化学和生

物状况剧烈变化的环境中，因此具有复杂的地球化学特征。保存在沉积物中的环

境信息，可以用多种元素地球化学方法进行释读，如研究元素的组成、相对含量

和元素分布，元素间的比值关系，元素的组合、多元图解和配分模式以及研究元

素与同位素关系等。De Groot（1971）首先发现沉积物中重金属元素的含量与其

中≤16 μm 的颗粒所占百分数之间存在着良好的线性关系。1979 年 Muller 提出

用地质积累指数（Index of Geo-accumulation）作为金属元素富集程度的评价指标，

其表达式为： n

nB

C

geoI 5.12log= ，（其中 Cn 为沉积物中测得的金属元素 n 的浓度，

Bn 为金属元素 n 的背景值，因子 1.5 为校正系数），经过三十余年的发展目前常

用的沉积物元素富集指标是富集因子（Enrichment Factor）。其表达式为：

background

entse

AlMentalAlMetalEF

)/()/( dim= [17-19]。20 世纪 80 年代初期，赵一阳等（1983）通过对

黄海沉积物的研究发现，陆架浅海沉积物元素丰度与大陆地壳元素丰度的分布模

式相似，表现出较强的亲陆性；同时在国内首次提出了“元素的粒度控制律”这

一概念，即沉积物中元素的含量随着沉积物粒度的不同而呈现有规律的变化[15]。



- 3 -

蓝先洪（1995）系统比较了我国长江口、黄河口、珠江口三大河口的沉积物地球

化学特征，指出这三大河口沉积物元素丰度特征差别较大，是沉积物化学成分受

地带性生物气候及河口地球化学环境的不同影响所致[16]。

对泉州湾的的研究最早始于上世纪八十年代，陈玉仁等（1982）根据地震资

料研究认为近期弱震绝大多数发生于泉州湾，晋江下游平原-泉州湾内洛阳-泉州

市以东南地段，虽为未来可能发生强震的地段，但最大可能发生强震的地点则是

在湾内滨海断裂与近岸海域断裂之间的地域[30]。洪亚山（1989）根据实测水文资

料数据分析，论证晋江泥沙淤积的发展变化，认为晋江泥沙含量全省第一，淤积

严重[20]。许爱玉等（1989）测定了泉州湾表层沉积物及其酸可溶部分中 Fe、Mn、

Cu、Pb、Zn、Co 和 Ni 的含量，认为泉州湾表层沉积物中 Pb 和 Zn 含量明显高

于未污染的近岸沉积物的平均值，并呈现由湾内向湾外递减的明显趋势 [21]。

九十年代以来有关泉州湾的研究较为丰富。在水动力方面，陆凤山等（1998）

通过对福建泉州湾内实测波浪资料的统计分析，阐述了湾内波浪随季节变化的分

布特征及生成机制，认为湾内波浪的各向分布比较复杂，海湾内的波浪主要受外

海海浪的影响，其次才是季风[22]。刘浩等（2006）建立了一种适应 POM 模型特

点的干湿点数值处理方法，将其镶嵌于一维 POM 模型中用模拟泉州湾的潮汐潮

流，认为泉州湾的潮汐潮流均以半日潮为主；除在湾口中部出现较强的旋转流外，

湾内大部海域以往复流为主[23]。在环境研究方面，龚香宜等（2007）通过测定了

泉州湾沉积物柱样中有机氯农药的含量，研究有机氯农药在沉积物柱样中的垂直

分布特征，认为该区沉积物未受到 HCHs 的明显污染，但已受到 DDTs 的轻微污

染。有机氯农药的垂直变化基本反映了它在我国及福建的生产使用历史，在近年

泉州湾仍有新的 DDT 输入[24]。于瑞莲等（2008）认为泉州湾潮间带表层沉积物

中 Mn 主要以弱酸溶态存在，Pb、Cu 主要以可还原态存在，而 Fe、V、Cr 主要

以残渣态为主，重金属的迁移性顺序为 Mn> Pb> Cu> Co> Zn> Ni> Cr> V> Fe；

Cu、 Ni 生态危害程度较高，Zn、Pb 生态危害程度较低；Cu、Zn、Ni、Cr、Pb

5 种重金属元素的综合潜在生态风险水平较高 [25]。王荔娟等（2008）分析福建

晋江感潮河段表层沉积物中重金属元素的质量比，认为沉积物中重金属元素存在

不同程度的污染，其中 Cd 是极强污染水平，其次为 Cu，而 Zn、Pb、Cr、Ni 等

呈中等或轻微污染；晋江感潮河段沉积物受重金属污染已相当严重，属于生态危



- 4 -

害性极强的重污染水平[26]。在泥沙来源方面，李朝新等（2004）认为南水道沉积

物来源除了晋江和洛阳江河流携沙外，沿岸侵蚀来沙占有一定比重。北水道沉积

物来源主要为河流来沙与附近海岸和湾中岛礁侵蚀来沙。湾口区沉积物来源除了

河流携沙之外，还有沿岸侵蚀来沙与极少量湾外来沙[27]。在泥沙输运方面，李朝

新等（2008）运用“粒径趋势分析”方法研究泉州湾泥沙净输运趋势，认为泉州湾

总体处于淤积之中，但湾内冲淤分布不平衡：北水道淤积程度重，其中上游是湾

内的现代沉积中心；南水道是泥沙输运出湾的主通道，局部略微侵蚀。湾内涨、

落潮流路的平面分异和地形条件的制约是北水道淤积的主要原因，强劲的落潮流

以及径流是南水道成为泥沙输运主通道的主要动力条件[28]。

综上所述，上世纪八十年代至今广泛开展了泉州湾地区水动力情况、沉积物

特征、泥沙来源和泥沙输运等方面的研究，但是近十年来本区沉积环境的相关研

究比较少见，而沉积物元素地球化学方面的研究大多侧重与环境有关的重金属元

素，未涉及大部分常量、微量元素的总体特征，并无系统的沉积作用研究。近十

年来晋江流域水土保持工作的开展，各级水利设施的兴建，河道采砂得到有效的

治理，使得晋江的含沙量有逐渐下降的趋势，从而使进入泉州湾的泥沙总量有所

减少；但由于降水量及径流量的年际变化，含沙量逐年不同。进入泉州湾后由于

潮流主要处于旋转流的方式，也影响了向外海输出的泥沙总量相应地河口湾的沉

积环境也有了较大变动。因此，对本区近期沉积环境进行全面、系统研究是十分

必要的。

第三节本文研究内容

为了全面、系统地了解泉州湾现代沉积环境的特征，本文从以下方面开展研

究：

（1）系统调研前人在该研究区的相关成果和研究进展，查明泉州湾的地质

构造、水动力、沉积环境特征；

（2）分析研究区沉积物类型、粒度参数的分布特征、变化趋势；划分研究

区沉积环境亚类；分析各沉积环境亚类的沉积动力特征；

（3）分析表层沉积物的常、微量元素丰度数据以了解其含量分布特征、变



- 5 -

化趋势、元素相关性、粒度效应、富集因子等；运用因子分析法对研究区进行地

球化学分区，探讨元素分布的控制因素、特征元素组合及环境指示意义；

（4）总结泉州湾沉积物分布特征、物质来源及元素组合意义，得到本区沉

积环境的总体特征。



- 6 -

第二章研究区概况

第一节地理位置

本文的研究范围在石湖咀与后渚连线以西、从西屿沿大、小坠岛至祥芝角一

线以东，经纬度介于 N 24°48′～N 24°53′，E 118°37′～E 118°50′之间（图 2.1）。

图 2.1 泉州湾位置图

Fig.2.1 Location map of Quanzhou Estuary


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